VOIP Voz sobre IP

1
VOIPVoz sobre IP

• Sistemas Telemáticos
• Departamento de Informática
• Universidade do Minho

2
Materiais usados

• Apresentação do Will Dennis com permissão do
  autor
• Cap 7 de Multimedia Systems and Signals, Mandal
• Ver livro VOIP na página do TERENA
• Terena VOIP Cookbook Cap.2, Cap.3 e Cap.7 (donde
  foram extraídas figuras)

3
Sumário

• Motivação para o VOIP
• Qualidade da voz no VOIP
• Digitalização de voz CODECs
• Componentes VOIP
• Protocolos VOIP
• Cenários para VOIP

4
O que é a VoIP?

• A VOIP e o Telefone na Internet são métodos que
  convertem os sinais de voz em dados digitais e
  enviam-na através da Rede IP.

5
Vantagens do VOIP

• Redução de custos
• Mais largura de banda
• Integração da voz e dados
• Eficiência da rede
• Mais e melhores serviços

6
(No Transcript)
7
(No Transcript)
8
(No Transcript)
9
Cenários de Utilização VOIP

• Cenário 1 Encaminhamento de mínimo custo para
  chamadas de longa distância
• Cenário 2 Alternativa às centrais PBX
• Cenário 3 Integração de VOIP e Video-Conferência

10
Cenário 1
A separação tradicional
11
Cenário 1
Integração entre a Rede Telefónica e de dados
12
Cenário 1
Implementação da arquitectura
13
Cenário 1Facilidades

• Encaminhamento das chamadas de acordo com hora e
  o dia da semana
• Encaminhamento por destino
• Modificação de números
• Gestão de classe de serviço

14
Cenário 1

• Utilização Uma empresa com vários escritórios em
  cidades diferentes da Europa que tem que
  contactar telefonicamente clientes em todo mundo

15
Cenários de Utilização VOIP

• Cenário 1 Encaminhamento de mínimo custo para
  chamadas de longa distância
• Cenário 2 Alternativa às centrais PBX
• Cenário 3 Integração de VOIP e Video-Conferência

16
Cenário 2
Situação tradicional
17
Cenário 2a
Telefones IP sem PBX
18
Cenário 2b
Integração do VOIP com o PBX
19
Cenário 2C
Substituição completa do PBX
20
Cenário 2c

• Terminais simples vs inteligentes
• Sinalização SIP/H.323
• Funcionalidades tradicionais
• Números de emergência
• Plano de encaminhamento de chamadas
• Integração com a rede pública de móveis
• Beeps/telefones sem fios privados/elevadores
• VOIP sem fios
• Outros aspectos servidor de autenticação RADIUS
  etc

21
Cenários de Utilização VOIP

• Cenário 1 Encaminhamento de mínimo custo para
  chamadas de longa distância
• Cenário 2 Alternativa às centrais PBX
• Cenário 3 Integração de VOIP e Video-Conferência

22
Cenário 3c

• O foco tradicional é na voz
• O VOIP tem capacidade de transportar vídeo
• Problemas com a videoconferência
• Acessibilidade
• Serviços de valor acrescentado
• Inter-operabilidade entre diferentes tecnologias

23
Cenário 3c

• Aplicações
• Teletrabalho
• Telemedicina
• Ensino à distância
• Serviços ao cliente
• Justiça
• Laboratórios virtuais/remotos

24
Cenário 3c
25
Mercado VOIP na Europa
Source IDC, European IP Telephone Tracker Q2
2004
26
Mercado VOIP na Europa 2004-2008 (M)
(M)
Source IDC, European IP Telephone Forecast,
2004-2008
27
Mercado Europeu IP PBX, 2004-2008 (M)
(M)
Source IDC, European IP PBX Forecast, 2004-2008
28
Mercado IP PBX vs PBX tradicional (M)
(M)
Source IDC, 2004
29
Minutos VOIP (chamadas de saída empresas ),
2002-2007
(Minutes in Millions)
Source IDC, European IP Telephony Services
Forecast , 2003-2008
30
Aspectos técnicos do VOIP

• Aspectos chave
• Qualidade de Serviço (QoS)
• Interoperabilidade
• Escalabilidade
• Segurança
• Integração com a RTC
• Arquitectura
• Protocolos

31
Algumas definições

• Rede Telefónica Comutada (RFN)
• Rede de Comutação de Circuitos
• Rede Internet (Rede IP)

32
Algumas definições

• Rede Telefónica Comutada é a rede telefónica
  disponível ao público incluindo as linhas
  telefónicas, micro-ondas e outros modos de
  transmissão. Quer a rede IP como a rede de
  comutação de circuitos podem ser suportadas pela
  RTC.
• Rede de Comutação de Circuitos é a rede
  telefónica tradicional que envia informação
  através dum circuito fixo a ligar o chamador e o
  recipiente. É estabelecido um circuito temporário
  entre o chamador e o chamado durante a
  comunicação. Essa linha não pode ser usada por
  mais ninguém nesse período.
• A Rede IP transmite dados usando pacotes. As
  comunicações são divididas em pequenos pacotes e
  enviados de forma independente para a rede. Os
  pacotes por vezes são enviados através de linhas
  de transmissão diferentes e reagrupados no
  destinatário.

33
Algumas definições

• Rede Telefónica Comutada é a rede telefónica
  disponível ao público incluindo as linhas
  telefónicas, micro-ondas e outros modos de
  transmissão. Quer a rede IP como a rede de
  comutação de circuitos podem ser suportadas pela
  RTC.
• Rede de Comutação de Circuitos é a rede
  telefónica tradicional que envia informação
  através dum circuito fixo a ligar o chamador e o
  recipiente. É estabelecido um circuito temporário
  entre o chamador e o chamado durante a
  comunicação. Essa linha não pode ser usada por
  mais ninguém nesse período.
• A Rede IP transmite dados usando pacotes.
• As comunicações são divididas em pequenos pacotes
  e enviados de forma independente para a rede. Os
  pacotes por vezes são enviados através de linhas
  de transmissão diferentes e reagrupados no
  destinatário.

34
Algumas definições

• Rede Telefónica Comutada é a rede telefónica
  disponível ao público incluindo as linhas
  telefónicas, micro-ondas e outros modos de
  transmissão. Quer a rede IP como a rede de
  comutação de circuitos podem ser suportadas pela
  RTC.
• Rede de Comutação de Circuitos é a rede
  telefónica tradicional que envia informação
  através dum circuito fixo a ligar o chamador e o
  recipiente. É estabelecido um circuito temporário
  entre o chamador e o chamado durante a
  comunicação. Essa linha não pode ser usada por
  mais ninguém nesse período.
• A Rede IP transmite dados usando pacotes. As
  comunicações são divididas em pequenos pacotes e
  enviados de forma independente para a rede. Os
  pacotes por vezes são enviados através de linhas
  de transmissão diferentes e reagrupados no
  destinatário.

35
Linhas de transmissão em Redes Comutação de
Pacotes e de Circuitos

• Com. de Circuitos Com. de Pacotes
• ( Rede Telefónica) (Rede IP)

36
Qualidade da Voz

• A largura de banda é facilmente quantificada
• Qualidade da voz é subjectiva
• MOS, Mean Opinion Score
• Recomedação P.800 ITU-T
• Excelente 5
• Boa 4
• Razoável 3
• Pobre 2
• Má 1
• Um mínimo de 30 pessoas
• Ouvir amostras da voz ou conversações

37

• Problemas de QoS no VOIP

38
Qualidade da voz

• Mean Opinion Score (MOS)
• Numa escala de 1-5 (5 é melhor)
• 4 é a chamada toll quality
• Os telemóveis têm baixa qualidade
• VoIP é comparável aos telemóveis
• Causas da baixa qualidade da voz
• Atraso
• Jitter
• Perdas
• Eco

39
Eco
Chamada telefónica normal
Chamada telefónica normal com eco
40
Eco e Qualidade da Voz

• Cancelador de Eco é necessário para atraso (num
  sentido) gt30ms

Atraso 1-s (ms) Qualidade Efeito na qualidade da voz
0-25 Excelente Gama esperada para chamadas nacionais
25-150 Boa Gama esperada para chamadas internacionais por cabo
150-400 Razoável Gama esperada para chamadas internacionais por satélite
gt400 Pobre A evitar
41
Compensação de Eco

• As reflexões do sinal geradas pelo circuto
  híbrido que converte um circuito de 2 pares (1
  para TX outro para RX) num circuito de 1 par (1
  único par para TX e RX)
• O atraso de ida e volta da rede é quase sempre
  superior a 50ms
• A norma G.165 do ITU define o desempenho
  requerido para os canceladores de eco.

42
Atraso

• Processamento
• Tempo necessário para colectar as amostras
  codificadas e colocá-las em pacotes da rede
• O tempo de codificação depende do algoritmo do
  CODEC usado e da velocidade do processador
• Rede
• Meio fisico de transmissão
• Capacidade das ligações e dos nós intermédios e
  pelos buffers do destinatário para remover o
  jitter

43
Jitter

• Intervalo de tempo variável entre pacote
  provocado por percursos de rede diferentes
• Remoção do jitter colocar os pacotes num buffer
  e aguentá-los o tempo suficiente para permitir a
  chegada dos pacotes mais atrasados
• Causa atraso adicional

44
Compensação da Perda de Pacotes

• A perda de pacotes pode transformar-se num
  problema sério, dependendo do tipo de pacote de
  rede que estiver a ser usado
• Interpolar os pacotes perdidos voltando a
  reproduzir o último pacote recebido durante o
  intervalo
• Enviar informação redundante
• Usar um codificador de voz híbrido que use menor
  largura de banda
• Evitar e controlar a congestão na rede

45
Especificação de QoS
Parâmetros Toll Quality Abaixo da Toll Quality
MOS R-Value 4 80 gt3.5 and lt 4 gt70 and lt 80
Atraso fim a fim (1 sentido) 150ms (sem ligação satélite) 400 (com satélite) 400ms
Grau de Serviço lt 2 lt 2
Perda de Pacotes lt 0.1 lt 2
Jitter dos pacotes lt 5 ms lt 10 ms
46
CODECs

• Codificam e descodificam dados analógicos para
  transporte sobre redes digitais (independe/ do
  tipo de rede)
• Série g para audioSérie h para video
• Comum - pulse code modulation (PCM)
• amostragem -gt quantização -gt codificação
• G.711 8000 Hz x 256 Níveis Q 64 kbit/s
• Norma bem conhecida para RDIS
• codecs podem oferecer compressão e detecção de
  silêncios

47
Taxonomia de CODECs de Voz
Codificadores de Voz
Codificador de Forma de onda
Codificador de Fonte
Domínio da frequência Codificador de
sub-banda, Codificador de Transformada adaptativa
Domínio do tempo PCM, ADPCM
Codificador Predictivo Linear
Vocoder

• Codec de forma de onda tenta preservar a forma
  de onda não específico da voz.
• PCM 64 kbps, ADPCM 32 kpbs, CVSDM 32 kbps
• Vocoders
• Analise a voz extrai e transmite os parãmetros
• Usa parâmetros do modelo para sintetizar voz
• LPC-10 2.4 kbps
• Híbridos Combinam o melhor dos dois Eg CELP

48
2. Codificação de Voz
codecs comums usados na VoIP





G.728 LD-CELP
16.
0
4.1
2
37.5





G.729 CS-ACELP
8.0
4.1
20
34





G.729a CS-ACELP
8.0
3.4
20
17
www.zdnetindia.com
49
Classes de Codecs

• 3 classes diferentes
• Codecs de forma de onda
• Codecs de fonte (Vocoder)
• Codecs Híbridos

50
Codecs de Forma de Onda

• PCM, ADPCM
• A entrada é amostrada, quantizada e reconstruída
  no receptor
• Não é necessário conhecimento da fonte

51
Princípios de Compressão Áudio

• Redundância Estatística
• Menos bits para valores de amostra mais comuns
• Redundância Temporal
• Correlação entre valores de amostras vizinhas
• Redundância inter-amostra
• Redundância do Conhecimento
• Explorar conhecimento partilhado entre
  codificador e descodificador
• Ficheiros MIDI /Vocoder
• Propriedades do Sistema Humano de Audição
• Aumentar a qualidade subjectiva do sinal áudio

52
Função Taxa de Distorção

• Teorema de Shannon para codificação da fonte sem
  erros
• Limite na compressão sem erros
• Fontes áudio naturais
• Compressão sem perdas máxima 21
• Compressão com perdas usada na prática
• Obtenção de maior razão de compressão.

53
Função Taxa de Distorção
Codificador simples
Débito D(dm)
Codificador complexo
Limite da teoria da informação
distorção dm
54
Redundância Estatística

• Compressão de Texto
• Métodos de compressão eficientes baseados na
  entropia
• Pode-se usar a mesma abordagem na compressão de
  áudio

55
Exemplo 7.2

• Considere um sistema de aquisição áudio que tem
  10000 amostras de áudio mono com resolução de 3
  bits com níveis entre 0 e 7. O número de
  ocorrências para os oito níveis foram
  700,900,1500,3000,1700,1100,800,300
• Calcule e desenhe a função densidade de
  probabilidade para cada símbolo
• Calcule a entropia da fonte

56
Solução
p0 700/10000 0.07 p1 900/10000
0.09 p2 1500/10000 0.15 p3 3000/10000
0.30 p4 1700/10000 0.17 p5 1100/10000
0.11 p6 800/10000 0.08 p7
300/10000 0.03
57
Sinal chord.wav
Fig. 7.3,pag.149
Fig. 4.14(a)
58
Redundância Estatística

• O método de codificação baseado na entropia
• Não consegue altos níveis de compressão para a
  maioria dos sinais áudio
• Mas disponibiliza bom desempenho quando aplicado
  a coeficientes de transformada
• Norma MPEG-1 utiliza codificação baseada na
  entropia

59
Codificação MU-LAW
g
h
h
g
Quantificador Uniforme
60
Codificação MU-LAW Caratcterísticas de E/S com
61
Exemplo 7.3

• Considere o sinal áudio chord. Quantifique o
  sinal uniformemente com 8 bits, utilizando a
  compressão com mu255. Expanda o sinal e calcule
  a relação sinal-ruído (SNR). Compare a SNR com a
  obtida com o exemplo 4.6

62
Redundância Temporal
63
Exercício (de FT)

• Suponha que na amostragem dum sinal áudio obteve
  a seguinte sequência de valores reais
  2.3,2.1,3.2,1.2,1.3,2.3,2.5,3.2,3.8,2.52.0,1.4,1.2
  ,1.2,1.0,0.8,0.6,0.0,-0.3,-0.5,-0.8,-1.2,-1.5,-1.7
  ,-1.9,-2.2,-2.5,-2.7,-2.9,-3.1,-3.9
• Quantize esta sequência dividindo o intervalo
  -4,4 em 32 níveis igualmente distribuídos
  (coloque o nível 0 a -4.0, o nível 1 a-3.75,
  etc). Assuma que os valores na gama -4,-3.75)
  correspondem à saída -4(que corresponde ao nível
  0 do quantizador) os valores da gama -3.75,-3.5)
  correspondem à saída -3.75 (nível do
  quantizador), etc Observe que os intervalos são
  abertos à direita o que significa que o -4 está
  incluído mas o -3.75 não está incluído no nível
  0.
• Escreva a sequência quantizada . Codifique-a
  usando o PCM. Quantos bits precisa para
  transmiti-la?
• Codifique a sequência usando o PCM mas usando
  apenas as diferenças. Qual o valor máximo e
  mínimo entre amostras sucessivas? Quantos bits
  precisa para transmitir a sequência?

64
DPCMDifferential Pulse Code Modulation

• No DPCM
• Uma amostra áudio é prevista com base nas
  amostras anteriores
• O valor previsto é aproximado mas diferente do
  valor da amostra
• Fórmula usada pela técnica LPC(Linear Preditive
  Coding)

65
Codificador DPCMEsquema simplificado
Áudio original
Codificador
Quantificador
Áudio Compactado
Previsor
66
Descodificador DPCMEsquema simplificado
Áudio Reconstruído
Descodificador
Áudio Compactado
Previsor
67
DPCM
68
Exemplo 7.4

• Considere o sinal áudio chord. Determine o
  conjunto óptimo de coeficientes de previsão de
  1ª,2ª e 3ª ordem.

69
Erros de previsão
70
DPCM

• Depois de obtida o erro da sequência en
• É codificado para reconstruir o sinal
  perfeitamente
• Na codificação com perdas uma qualidade de
  reconstrução razoável é aceitável
• A quantificação é a única operação na codificação
  DPCM que introduz ruído

71
Exemplo 7.5

• As 4 primeiras amostras duma sequência digital
  áudio são 70,75,80,82,.... São necessários no
  mínimo 7 bits para codificar cada uma das
  amostras. As amostras áudio são codificadas
  usando o DPCM usando o previsor de primeira
  ordem. Os coeficientes de erro de predição são
  quantificados por 2 e arredondados para o próximo
  inteiro e armazenados sem perdas. Determine o
  número aproximado de bits necessários para
  representar cada amostra e o erro reconstruído em
  cada instância de amostra.

72
Codificação DPCMvários passos para a sequência
70,75,80,82,...
Instâncias de amostras
0 1 2 3
Sinal original 70 75 80 82
Erro do sinal 0 75-67.97.4 80-73.6 6.4 82-77.2 4.8
Erro do sinal quantificado 0 7.1/24 6.4/23 4.8/22
Erro reconstruído 0 428 326 224
Sinal reconstruído 70 67.9875.9 73.66 79.6 77.24 81.2
Sinal previsto para próxima amostra 700.9767.9 75.90.9773.6 79.60.9777.2 81.20.9778.8
Erro de reconstrução 0 -0.9 0.4 0.8
Nº de bits necessários 7 3 2 2
73
Codecs de Fonte

• Unificam o sinal de entrada com um modelo
  matemático
• Modelo de Filtro predictivo linear do aparelho
  vocal
• Flag Voz/Sem voz para a excitação
• É enviada informação em vez do sinal
• Baixos débitos de bits mas sons sintéticos
• Débitos maiores não melhoram muito

74
Codecs de Fonte

• Construir um modelo básico para voz
• Implementá-lo no TX e no RX
• Durante a codificação determinar os parâmetros do
  modelo para ajustá-lo ao sinal de entrada
• Determinar a excitação
• Apenas dois estados de excitação Ruído branco
  (sem voz) e Trem de pulsos (voz)
• Transmitir a excitação parâmetros

75
Codecs da Fonte

• O receptor reproduz a voz com os parametros
  recebidos e a excitação
• A taxa de bits é baixa 2.4 kbit/s
• Qualidade bastante longe do som natural

76
Codecs Híbridos

• Tenta combinar as vantagens dos codecs de forma
  de onda e os codecs fonte
• ? Baixa taxa de bits Alta qualidade
• Os mesmos princípios que os codecs de fonte mas
• Múltiplos estados de excitação
• Minimiza erros entre voz gerada e voz de entrada
• Usa quadros (frames) de 20 ms

77
www-mobile.ecs.soton.ac.uk
78
Componentes VOIPTerminal

• Um sistema final onde terminam comunicações e as
  suas cadeias de dados (media).
• Telefone hardware ou software, Videofone
• Há uns concebidos para uso por pessoas e outros
  para resposta automática
• Tem atribuído um endereço IP
• Podem ser usados vários terminais no mesmo IP mas
  são independentes
• Na maior parte das vezes um terminal pode ter
  mais que um endereço que são usados para o
  chamar
• Se forem usados servidores de Telefone IP os
  terminais registam-se.

79
Telefones VoIP

• Escolhas possíveis
• Telefone Hardware
• Telefone software
• Adaptador de telefone analógico

80
Skype
Skype

• Aplicação VOIP mais popular
• Chamadas gratuitas para outros utilizadores Skype
• Chamadas baratas ( ?/min) para fixos e móveis
• Várias funcionalidades adicionais

81
Componentes VOIPServidores

• Podem também fornecer mecanismos adicionais de
  encaminhamento de chamadas
• São também responsáveis pela autenticação de
  registos, autorização dos participantes nas
  chamadas e elaboração de contabilização

82
Componentes VOIPGateway

• São terminais de telefone que facilitam a
  comunicação entre sistemas terminais que não
  inter-operam
• Tradução de protocolos de sinalização
• SIP e ISDN
• Tradução entre endereços de rede diferente
  IPv6/IPv4
• Tradução entre Codecs
• Podem acumular várias destas funcionalidades
• Gateways
• VOIP/PBX é fácil
• Entre diferentes protocolos VOIP já é mais
  complicado

83
Componentes VOIP Pontes de Conferência

• Fornecem meios para ter conferência multiponto ad
  hoc ou previamente programadas
• Têm requisitos muito elevados de recursos
• Servidores dedicados
• Hardware especial para media

84
Componentes VOIP Endereçamento

• O utilizador precisa de se identificar a si
  próprio e destinatário da chamada
• Idealmente
• Identificador deve ser independente da
  localização do utilizador
• Deve ser a rede a localizar o utilizador
• Um utilizador deve ser identificado de vários
  formas

85
Componentes VOIP Endereçamento

• Rede Telefónica normal
• Números E.164
• Ex 351 253 604431
• Ao discar o é substituído por 00 seguido o
  código de país e número do assinante
• Inicialmente na telefonia IP usava-se o endereço
  IP
• Difícil de memorizar
• Dependente da localização física

86
Componentes VOIP Endereçamento

• Actualmente
• URIs (RFC 2396)
• Números (E.164)
• URIs
• Usa um espaço de nomes registado para descrever
  um recurso duma forma independente da localização
• Endereços E-Mail
• Idenficadores SIP e H.323

87
ENUM

• ENUM é um protocolo definido pelo RFC 2916, que
  tem como objectivo traduzir números E.164 em
  nomes de de domínio Internet
• O ENUM permite o uso de números de telefone
  tradicionais num contexto de diferentes meios de
  comunicação nomeadamente os resultantes do
  desenvolvimento das Redes IP (email, VOIP)
  facilitando a penetração das novas aplicações no
  mercado

88
O objectivo do ENUM

• Correspondência entre números de telefone no
  mundo
• Permite a qualquer dispositivo IP estabelecer
  quando um número de telefone está descrito por um
  endereço de ponto de serviço IP
• E qual é o ponto de serviço Internet preferido
  actualmente
• E .. Que endereço IP, protocolo, numero de porta
  e endereço de aplicação deve ser usado para
  contactar o ponto de serviço preferido

89
O que é o ENUM?

• ENUM é parte da extensão da RTC na Internet
• ENUM é definida pelo IETF e traduz qualquer
  número E164 number em pontos de serviço
  Internet RFC 2916, September 2000
• Define o uso de RRs do DNS para estabelecer a
  correspondência para uma colecção de endereços de
  serviço incluindo
• endereços SIP / H.323 VOIP
• servidores IP FAX servidores Voice Mail
• serviços PSTN (redirect)

90
Porquê o ENUM?

• Cada central VOIP é uma rede terminal ligada à
  RTC
• Cada gateway duma central VOIP tem que usar a RTC
  para chegar a outros terminais VOIP
• Tem que se pagar à mesma aos operadores de
  telecomunicações
• ENUM é uma forma de ligar as ilhas VOIP no mar da
  RTC
• ENUM permite que cadal gateway duma central VOIP
  descobrir outros gateways VOIP se necessário
• Terminais VOIP podem chamar outros terminais VOIP
  sem recorrer à RTC
• Evita-se pagar às operadoras de
  telecomunicações
• As funcionalidades disponibilizadas para chamadas
  originadas na RTC não são muito claras no ENUM

91
O mundo do multi-Gateway VOIP

• A RTC é usada como rede inter-VOIP
• Implicações óbvias nos custos a pagar às
  operadoras de telecomunicações
• Implicações mais subtis para as redes VOIP
  privadas extendidas

PSTN
Internet
92
VOIP ENUM PSTN Bypass

• Como pode ser encontrado o gateway VOIP de forma
  dinâmica?
• Pode um número de telefone ser atingível através
  dum dispositivo Internet?
• Se sim, qual é o endereço de serviço Internet?

PSTN
Internet
93
Como funciona o ENUM?

• Um gateway ENUM VOIP Gateway consulta primeiro o
  DNS para verificar se o número discado é
  atingivel através dum serviço
• A resposta do DNS é uma colecção ordenada de URIs
  (NAPTR records)
• Se há uma resposta, o gateway selecciona o
  serviço preferido para completar a chamada

DNS Resolver
1. sipgih_at_sip.telstra.net 2. tel[phone].
tel[phone]
3. DNS URI response
A minha preferência para chamadas de voz é Tente
estabelecer uma chamada VOIP para o meu servidor
sip, depois o telefone móvel e a seguir o fixo.
2. Gateway DNS Query
8.7.6.5.4.3.2.1.2.1.6.e164.arpa
1. Dial 61212345678
Gateway
4. SIP call to sipgih_at_sip.telstra.net
IP Phone
94
Qual é o potencial do ENUM?

• ENUM pode também fazer uma correspondência dum
  número de telefone para um endereço de email,
  endereço web, ou qq outra forma de endereço,
  especificada por um URL
• ENUM tem como objectivo potenciar a reciclagem
  dos números de telefone com identificadores de
  serviço Internet
• Permite o uso dum número de telefone tradicional
  num meio de comunicação diferente como por
  exemplo endereço de email, mensagem instantânea,
  páginas web pessoais e pode facilitar a
  penetração de novas aplicações no mercado
• Uma pessoa, um número, múltiplos serviços

95
E.164 como identificador universal?
fax[phone]
mailtogih_at_telstra.net http//www.jd.com
tel[phone]
sipjd_at_sip.telstra.net
ENUM
Use this number for any service 61 2 12345678
96
ENUM mais informação

• O RFC
• Cap. 7 do cookbook

97
Protocolos para VOIP
98
Ligação da Rede IP à RTC

• Que problemas se colocam?
• Que componentes e protocolos são necessários?
• Como suportar a voz na rede IP?
• A rede IP é adequada?

99
Ligação da Rede IP à RTC

• Identificação dos utilizadores
• Conversão de identificadores
• Sinalização da chamada
• Protocolos de sinalização
• Transferência dos média
• Conversão de média
• Transporte TCP vs UDP
• Conferências
• IP Multicast

100
Protocolos e Normas
101
Protocolos e Normas (contd.)
102
Pilha de Protocolos H.323
Data
Audio Signal
T.127
Video Signal
T.126
Presentation
Session
Transport
T.124
RTCP
RAS
RTP
Supplementary Services
T.125/T.122
H.235
X.224.0
Control
UDP
TCP
H.245
H.225
Network
IP
Data Link
Physical
103
Protocolos H.323

• H.225 Covers narrow-band visual telephone
  services
• H.225 Annex G
• H.235 Security and authentication
• H.245 Negotiates channel usage and
  capabilities
• H.450.1 Series defines Supplementary Services
  for H.323
• H.450.2 Call Transfer supplementary service for
  H.323
• H.450.3 Call diversion supplementary service
  for H.323
• H.450.4 Call Hold supplementary service
• H.450.5 Call Park supplementary service
• H.450.6 Call Waiting supplementary service
• H.450.7 Message Waiting Indication
  supplementary service
• H.450.8 Calling Party Name Presentation
  supplementary service
• H.450.9 Completion of Calls to Busy Subscribers
  supplementary service
• H.450.10 Call Offer supplementary service
• H.450.11 Call Intrusion supplementary service
• H.450.12 ANF-CMN supplementary service
• H.261 Video stream for transport using the
  real-time transport
• H.263 Bitstream in the RTP Q.931manages call
  setup and termination
• RAS Manages registration, admission,
  status

104
Arquitectura H.323
105
Desenvolvimento típico H.323
106
Protocolos

• A série de recomendações H.323 evolui do trabalho
  do ITU-T no videotelefone e conferência
  multimédia para RDIS até 2 Mbit/s na série H.320
• O ITU-T trabalhou em comunicações similares sobre
  redes ATM (H.310, H.321)
• Na RTC analógica (H.324)
• Na então recém nascida Ethernet isócrona (H.322)
• A partir de 1995 começou a trabalhar em LANs com
  o IP como protocolo de nível de rede
• Problema da Qualidade de Seviço

107
Protocolos

• A versão inicial do H.323 foi aprovado pela ITU-T
  em Junho de 1996
• Os problemas com o QoS atrasaram o processo até o
  1998 H.323v2 e H.323v3 3m 1999
• Incorporação de muitas novas funcionalidades para
  servir de base ao telefone sobre IP à escala
  global
• Muitos novos melhoramentos no H.323v4 em finais
  de 2000
• Fiabilidade, escalabilidade, flexibilidade

108
H.323 Abrangência e componentes
109
H.323 Protocolos de sinalização
110
Descoberta do Gatekeeper e Registo
111
Endereços e Registos

• H.323 suporta vários tipos de endereços
• Endereço numérico (RTC)
• Não inclui informação adicional (Plano de
  discagem)
• O servidor converte-o num endereço de entidade
• H.323-ids Endereços tipo email, URL-ID
• Ao contrário do SIP
• Um endereço registado por zona que resolve num
  ponto terminal
• Chamadas 1n requerem um gatekeeper a expandir o
  endereço colectivo
• Registos
• Expiram após um tempo bem definido
• Mensagem de KeepAlive
• Registos aditivos

112
Modelos de Sinalização

• Sinalização Directa
• Sinalização de chamada via gatekeeper
• Controlo H.245,RAS H.225 e H.225 via Gatekeeper

113
Sinalização Directa
114
Sinalização via gatekeeper
115
Sinalização controlada por H.245
116
Fases de uma comunicação H.323

• 5 fases
• Estabelecimento de chamada
• Comunicação inicial e troca de funcionalidades
• Estabelecimento da comunicação audiovisual
• Serviços de chamada
• Terminação de chamada

117
Estabelecimento de chamada

• Pode ter as seguintes realizações
• Básica com 2 terminais não registados
• Comunicação directa
• 2 terminais registados no mesmo gatekeeper
• Só o terminal chamador tem gatekeeper
• Só o terminal chamado tem gatekeeper
• Ambos os terminais têm gatekeepers diferentes
• Comportamento do terminal depende da configuração
  do modelo de sinalização

118
Estabelecimento de chamada
Gatekeeper A
Gatekeeper B
Terminal A
Terminal B
119
Estabelecimento de chamada

• Utilização do FAST CONNECT
• Acelera o estabelecimento duma chamada
  ponto-a-ponto
• Apenas num RTT
• É usado se a entidade chamadora tiver este
  elemento activo Connect
• Permite abrir imediatamente os canais de média
• Senão for usado o FAST Connect é necessário usar
  as mensagens H.245 para troca de capacidades e
  abertura dos canais de média
• Fast connect permite mais informação para o
  estabelecimento de gateways H.323/SIP

120
Call Set-up H.323
121
Comunicação inicial e troca de funcionalidades

• Canal de controlo H.245
• Usado para troca de funcionalidades e abrir
  canais de media
• Aberto a seguir ao CONNECT, ALERTING, CALL
  PROCEEDING ou RELEASE COMPLETE
• Mensagem TERMINALCAPABILITYSET
• MASTERSLAVEDETERMINATION(ACK)
• Encapsulado em mensagens H.225

122
Comunicação Audiovisual

• Aberta usando procedimentos H.245
• Aberto 1 canal lógico por stream de informação
• Áudio e Vídeo sobre transporte não fiável
• Dados sobre transporte fiável

123
Comunicação Audiovisual
124
Serviços de Chamada

• Serviços invocados pelo terminal quando a chamada
  está activa
• Bandwidth Change Services
• Supplementary Services

125
Terminação de chamada

• Feita pelo ponto terminal ou gatekeeper
• A terminação dos média (áudio, vídeo, dados) só
  quando os canais estão fechados
• H.245 ENDSESSIONCOMMAND
• Se recebida de volta é fechado o canal de
  controlo H.245
• Deve ser enviada uma mensagem RELEASE COMPLETE
  para fechar o canal de sinalização
• Terminar a chamada não significa terminar uma
  conferência
• É necessária uma mensagem H.245 DROPCONFERENCE
  enviada pelo MC

126
Terminação de Chamada

• Terminador sem gatekeeper
• Terminador com gatekeeper
• Gatekeeper precisa de ser informado da terminação
• Terminal-gtGatekeeper Disengage Request (DRQ)
• Gatekeeper-gtTerminal Disengange Confirm (DCF)
• Feita pelo gatekeeper
• Gatekeeper-gtTerminal Disengage Request (DRQ)
• Terminal -gt. Release Complete
• Terminal-gtGatekeeper Disengage Confirm (DRQ)

127
Localização de Terminais fora de Zona

• LOCATION REQUEST (LRQ)
• Unicast ou Multicast
• Pode envolver uma rede gatekeepers
• LOCACTION CONFIRM (LCF)
• TSAP IPNº Porta

128
Exemplo de Chamada
(1)Permissão para Chamar B (2) Confirmação e
Endereço (3) Est.Canal de Sinalização (4)Determina
ção de Localização e Reencaminhamento de
pedido (6,7) Confirmação de permissão de
aceitação (8) Indicação de Alerta ou Chamada
estabelecida
129
Serviços de chamada adicionais

• Conferência
• Suporta conferências fechadas
• Controlo de acesso
• Gestor de Conferência
• MCMP sincronização da conferência
• Conferência em difusão
• Suporte de conferências abertas tipo MBONE
• Serviços suplementares
• Transferência de chamada
• Chamadas em espera (com mensagem)
• .

130
Segurança H.235

• Autenticação
• Password, Assinaturas digitais
• Integridade
• Geração de verificações de mensagem via password
• Privacidade
• Para cifragem dos média
• DES, Triple DES ou RC2

131
Sinalização SIP

• Session Initiation Protocol
• Protocolo Multimédia que tira partido do modelo
  iInternet para construir redes e aplicações VOIP
  com base numa arquitectura distribuída
• Entidades
• Agente do Utilizador
• Gateways
• Servidor Proxy
• Servidor Redirect
• Servidor Registrar
• Protocolos (RFC 2543 v1, RFC 3261 v2)
• SDP ( Session Definition Protocol )
• URLs
• DNSs
• TRIP ( Telephony Routing Over IP)

132
SIP (Session Initiation Protocol)

• Protocolo de controlo ao nível de aplicação
• que pode estabelecer, modificar e terminar
• sessões e chamadas multimédia.
• Essas sessões multimédia incluem
• conferências multimédia
• ensino à distância
• telefone sobre IP
• O SIP pode envolver
• pessoas
• robots como serviço de armazenamento.
• O SIP pode convidar participantes
• para sessões unicast como Multicast
• O niciador não precisa de ser mebro da sessão
  para a qual é convidado

133
Servidores SIP

• Servidor Proxy SIP
• reencaminha a sinalização de chamada funcionando
  tanto como cliente como servidor
• Funciona de forma transacional, isto é, não
  mantém informação de estado
• Servidor SIP Redirect
• Redirecciona chamadas para outros servidores
• Servidor SIP Registrar
• Aceita pedidos de registo dos servidores
• Mantém informações de utilizadores num Servidor
  de Localização (como o GSM)

134
Session Initialization Protocol

• O chamador e o chamado trocam mensagens de texto
• Formatos são similares ao HTTP
• O chamado é identificado através dum URL SIP,
  user_at_host
• A parte do utilizador é um nome do utilizador ou
  um nº de telefone
• A parte do host é um nome de domínio ou um
  endereço de rede

135
Registo SIP
136
Session Initialization Protocol (SIP)

• Um participante pode registar o seu identificador
  na localização corrente via um servidor de
  registo.
• Suporta a mobilidade do utilizador uma vez que as
  chamadas são redireccionadas para a localização
  actual do utilizador
• O DNS está a ser expandido para disonibilizar
  lookups para a localização normal do utilizador

137
Estabelecimento de chamada directa SIP
INVITE Session parameters ...
(Response) OK Session parameters .
ACK
138
SIP (Estabelecimento de chamada)
139
SIP(Estabelecimento de chamada com redirecção)
140
Proxy vs. Redirect

• A servidor SIP server pode servidor de proxy ou
  redirecionar um pedido de chamada
• Qual dos métodos aplicar é um problema de
  configuração. Pode ser configurado estática ou
  dinamicamente
• A redirecção é útil se o utilizador se mover ou
  mudar o seu fornecedor de serviço
• PSTN The number you have dialed is not
  available.) o utilizador da próxima vez não
  precisa de tentar o mesmo servidor
• O Proxy é util se é necessário for necessário
  mais controlo AAA, firewall, etc

141
Mensagens SIP

• Encoding SIP is a text-based protocol and uses
  the ISO 10646 character
• Format SIP-message Request Response
• generic-message start-line
• 
  message-header
• CRLF
• 
  message-body
• start-line Request-Line Status-Line
  
• message-header ( general-header
• request-header
• response-header
• entity-header )
• Method "INVITE" "ACK" "OPTIONS" "BYE"
• "CANCEL"
  "REGISTER"

142
Códigos de Resposta SIP

• Borrowed from HTTP xyz explanatory text
• Receivers need to understand x
• 1yz Informational
• 100 Trying
• 180 Ringing (processed locally)
• 181 Call is Being Forwarded
• 2yz Success
• 200 ok
• 3yz Redirection
• 300 Multiple Choices
• 301 Moved Permanently
• 302 Moved Temporarily

• 4yzClient
• 400 Bad Request
• 401 Unauthorized
• 482 Loop Detected
• 486 Busy Here
• 5yzServer failure
• 500 Server Internal Error
• 6yzGlobal Failure
• 600 Busy Everywhere

143
Mensagens SIP

• INVITE
• Descripção de sessão incluída no corpo da
  mensagem.
• re-INVITE usados para mudar estado da sessão
• ACK confirma estabelecimento de sessão
• pode ser usado apenas com o INVITE
• BYE termina sessões
• CANCEL cancela um INVITE pendente
• OPTIONS pergunta sobre funcionalidades
• REGISTER associa um endereço permanente à
  localização corrente

144
Arquitectura SIP
145
Sinalização MGCP, MAGACO

• Media Gateway Control Protocol
• Usar o modelo de pacotes de software e
  disponibilizar uam arquitectura centralizada para
  controlar as chamadas e os serviços
• Controlador os gateways de telefone de elementos
  externos de controlo de chamada designados por
  gateway de controlo de média ( media gateway
  controllers ) ou agentes de chamada
• (call agents).
• Entidades
• MGC (Media Gateway controller / Call agent)
• MG (Media Gateway)
• Protocolos
• MGCP v1 RFC 2705
• H.248 (H.248 / MAGACO) RFC 3525
• SDP (Session Definition Protocol) - RFC 3407

146
Arquitectura MGCP
MGCP Voice Gateway
T1/E1
FXO/FXS EM
PBX
IP Phone ( MGCP Client )
IP Phone ( MGCP Client )
MGCP
Call Agent
RTP
147
Comparação da Sinalização VoIP
148
Comparação da Sinalização VoIP
149
DTMF
150
Gateway Asterisk O que é?

• Um software completo de PBX software para
  plataformas Linux desenvolvido pela Digium
  (M.S.)
• Faz a comutação de chamadas num PBX, tradução de
  CODECs, e várias aplicações
• Software Open Source sob licença GNU

151
Asterisk Aplicações

• Voicemail
• Discar numa interface (ZAP, SIP, IAX, etc)
• Pontes para Conferência
• Filas para distribuição automática de chamadas
• ACD Queues
• Excelentes para Call Centers
• Resposta interactiva por voz
• IVR ( press 1 if you know the ext)
• Operações em Bases de Dados
• ENUMlookup
• AGI (asterisk gateway interface, como a CGI)
• Para scripting

152
Asterisk Visão geral
153
Asterisk Lógica de chamada

• Usa uma máquina de estados para saber o que fazer
  com a chamada
• Contexto A origem da chamada (SIP, RFN, etc)
• Extensão o número discado pelo utilizador
• Prioridade Um contador que ordena a sequência de
  comandos

154
Asterisk Exemplo de Lógica de chamada

• Um utilizador disca 3001, que é uma extensão
  para a central Central. O utilizador está
  definido no contexto local ( context gt local)
• extensions.conf
• local
• exten gt 3001,1,Voicemailmain2
• Um utilizador sip (4001) disca 1001 que é um
  telefone analógico (Zap/1), e cai no voicemail
  se estiver indisponível (ninguém responde em 30
  secs)

sip.conf 4001 Username4001 Contextfrom-sip
extensions.conf from-sip exten gt
1001,1,Dial(Zap/1,30) exten gt 1001,2,Voicemail2(u
1001)
155
Asterisk ENUM

• Como é que um utilizador da RFN pode chamar um
  utilizador SIP? Só tem teclado numérico normal?
  Como especificar um URI?
• ENUM. Cria um directório global que faz a
  correspondência número de telefones para
  endereços SIP (ou email)
• DNS lookup (E.164 -gt URIs)
• As interrogações E.164 queries são formadas com
  os números ao contrário separados com pontos com
  domínio de topo ENUM no fim (normalmente
  e164.arpa)
• 905-845-9430 ? 0.3.4.9.5.4.8.5.0.9.e164.arpa

156
Asterisk Enum Example
157
Asterisk IAX

• Inter-Asterisk eXchange (IAX)
• Usada pelo gateway Asterisk como alternativa ao
  SIP, H.323, etc
• Suporta estilo de segurança PKI e tronca
• Quando se usa tronca, aloca apenas a largura de
  banda usada
• Qualidade similar ao SIP, mas com o aumento de
  número de conexões (no modo tronca) torna-se
  melhor
• Versions IAX and IAX2

158
Asterisk IAX (cont)

• IAX é transparente ao NAT/PAT
• IAX2 triplica as chamadas da tronca por megabyte
• 100 chamadas/MB (com o G.729)
• Cerca de 1000 utilizadores registados iaxtel
  (como FWD)